火电厂继电保护装置的可靠性分析

火电厂继电保护装置的可靠性分析

朱祥

（陕西华电榆横煤电有限责任公司榆横发电厂陕西省榆林市719000）

摘要：文章以10kV的火力发电机为例，采用PSCAD软件对发电机的纵差动保护装置进行建模仿真，用元件动作的可靠性近似估计装置可靠性，发现当发电机在启动时发生故障，发电机的纵差动保护装置可靠性可达到98.65%。

关键词：火电厂；PSCAD；继电保护；可靠性

电力是当今世界使用最为广泛的、地位最重要的能源之一，火力发电在其中占主要地位，其发电机的安全稳定运行对国民经济乃至社会稳定都有一定的影响。电力系统继电保护是反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置，通常来说，电力系统由发电机、变压器、输电线路和用电设备组成。火力发电机作为重要的组成部分，若其定子绕组及引出线相间发生短路时会产生巨大的短路电流，进而烧毁发电机，故对其继保装置的可靠性进行分析尤为重要。本文以瞬时动作的比率制动式纵差动保护装置为例，利用PSCAD进行建模仿真，对其可靠性进行理论分析与计算。

1.火力发电机装置的建模

PSCAD（PowerSystemsComputerAidedDesign）软件是世界上广泛使用的电磁暂态仿真软件，EMTDC（ElectroMagneticTransientinDCSystem）是其仿真核心，其内部具有丰富的元件库，十分接近实际的物理模型，便于用户建模仿真使用[1]。本次选择三相同步发电机，设置其电压为10kV，机组功率为600MW，建立的详细模型如图1所示。

图1三相同步发电机PSCAD模型

2.比率制动式发电机纵差保护原理

大量的运行经验表明，我们应重视对差动回路的检查与维护。为了减少中性点附近的死区，希望火电厂发电机纵差动保护的动作电流尽可能小，但在区外故障时又不应该误动，应有效避开非内部故障时的最大不平衡电流。因此大型机组，如本文的600MW的机组采用比率制动式纵差动保护。继电保护系统由行业标准规定，推荐的保护装置之一是定子绕组的接地检测。常见的接地继电器是电动—机械继电器，由定子绕组本身的电压供电。因此，如果在定子绕组中发生电压足够低的接地，则定子绕组的电压不足以使继电器激活。因此，只要在定子绕组电压5％以下发生接地，继电器就不会响应。发电机跳闸必须等待足够的损坏，以引起其他继电保护，通常是差动继电器，其原理如图2所示。KP是继电器的执行元件，根据电压U1和U2的大小而动作；仔细选择稳压二极管VS的击穿电压，一方面它可得到所需制动特性曲线中的转折点Q，另一方面它可提高内部故障时继保装置的灵敏度。TL1和TL2是电抗变压器，TL1接于差动回路，TL2接于差动臂。

图2比率制动式纵差保护单相接线原理图

3.利用PSCAD配置仿真参数进行可靠性分析

国内外大量的学者都对继电保护装置可靠性指标给出了不同定义[2-3]。本文将动作可靠性分为3个方面：动作故障率，误动率，，其计算如式（1）-（3）所示。

（1）

（2）

（3）

其中，是全部保护动作次数中，主保护正确动作次数；是全部保护动作次数中，主保护拒绝动作次数；是全部保护动作次数中，主保护误动作次数。保护的最小动作电流应大于发电机在最大负荷条件下的不平衡电流，以确保在最大负荷时继保装置不误动[4]，通常取；动作特性转折点Q取发电机额定电流。

确定动作条件如下：

（4）

（5）

（6）

（7）

确定制动系数：。最后进行灵敏度检验：，其中是内部故障时流过保护的最小短路电流（发电机机端两相短路时的短路电流），为当时由制动特性曲线上可查的相应的动作电流。

通过利用PSCAD软件进行仿真：具体设置其在0.3s时发电机定子绕组与相间发生短路故障，故障时间为0.15s，继保模块实时监测发电机电流电压变化情况，发现继保装置在0.35772s断路器跳闸，将发电机断开。利用得到的数据结果进行计算，发现在该种发电机起动初期，若发生相间短路故障，纵差动装置的可靠性可达98.65%。

4.结语

电力能源作为最重要的二次能源，在国家生产和人民生活中起到越来越重要的作用。火力发电作为占据全国60%以上的发电方式，对其进行一定的分析必不可少。本文以10kV/600MW的火力发电机组为例，当采用纵差动保护时，若发电机相间短路，利用PSCAD软件进行建模仿真，发现其继保装置可靠性达98.65%。这种方法亦适用于其他电压等级发电机相间短路可靠性的计算，为该种问题提供了一种新的仿真计算方法。

参考文献：

[1]肖异，尹项根，张哲等.PSCAD/EMTDC程序与继电保护仿真模型接口技术及应用[J].电力自动化设备，2006，26（11）：67-69.

[2]王超.电力系统可靠性评估中几个重要问题的研究[D].杭州：浙江大学，2007.

[3]张健康，栗小华，胡勇等.一起纵连后加速保护误动事故分析及对策[J].电力系统自动化，2011，35（7）：97-100.

[4]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2012.